Europäische Normung EN 16482 - Gontermann

Ralf Gorski, Klaus Herfurth, Aike Gädke, Marcus Hering
Europäische Normung
EN
Die Europäische Norm für Gusseisen-Strangguss EN 16482
1. Einleitung
Die Europäischen Normen für Gusseisen EN 1561 und EN 1563 klassifizie­ren
Gusseisen mit Lamellengraphit (GJL)
und Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS),
die in Sandformen oder Formen mit ver­gleichbaren thermischen Verhalten ge­gossen werden. Damit haben diese Nor­men nur teilweise Gültigkeit für Gusseisen aus Strangguss. Ab 2003 beschäftigten sich Fachleute von Strangguss-Herstellern in zwei verschiedenen Arbeitsgruppen mit Teilnehmern aus Frank­reich,
Dänemark, Deutschland, Spanien und
Großbritannien mit den speziellen Eigenschaften und Produktmerkmalen von
Gusseisen aus Strangguss /1/ /2/. Nach
diesen vorangegangenen Aktivitäten
begann 2010 in CEN/TC 190/WG 7 die
Arbeit an der Europäischen Norm 16482
„Gießereiwesen- Gusseisen-Strangguss“.
Abkühlens, führen im Vergleich zum
Sandguss zu einer homogeneren Gefügeausbildung. Neben diesen werkstoffkundlichen Besonderheiten sind auch
weitere Merkmale und Eigenschaften
des Verfahrens und der Werkstoffe aus
Strangguss in der neuen Norm mit berücksichtig.
Die höheren Abkühlgeschwindigkeiten beim Erstarren von Strangguss
und während des weiteren schnellen
2. Die Europäische Norm
2.1 Allgemeine Festlegungen
Gusseisenwerkstoffe sind Eisen-Kohlenstoff-Silicium-Gusswerkstoffe.
Bei Bestellungen von Gusseisen-Strangguss sind folgende Europäische Normen zu berücksichtigen:
EN 1559-1: Gießereiwesen – Technische Lieferbedingungen – Teil 1: Allgemeines
EN 1559-3: Gießereiwesen – Technische Lieferbedingungen – Teil 3: Zusätzliche Anforderungen an Eisengussstücke
EN 10204: Metallische Erzeugnisse – Arten von Prüfbescheinigungen
EN ISO 945-1: Mikrostruktur von Gusseisen – Teil 1: Graphitklassifizierung durch visuelle Auswertung
EN ISO 6506: Metallische Werkstoffe – Härteprüfung nach Brinell – Teil 1: Prüfverfahren (ISO 6506-1)
EN ISO 6892-1: Metallische Werkstoffe – Zugversuch – Teil 1: Prüfverfahren bei Raumtemperatur (ISO 6892-1)
Ralf Gorski, Geschäftsführer, Gontermann-Peipers GmbH, Siegen
Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Herfurth, freiberuflicher Ingenieur, Pulheim
Dipl. Ing. Aike Gädke, Qualitätsstellenleiter Werk Hain, Gontermann-Peipers GmbH, Siegen
Marcus Hering, Teamleiter QS Werk Hain, Gontermann-Peipers GmbH, Siegen
Die Europäische Norm für Gusseisen-Strangguss EN 16482
1
Die kugelgraphiterzeugende Behandlung, die Impfung, die chemische Zusammensetzung und die Art der Wärmebehandlung bleiben dem Hersteller
überlassen. Der Hersteller muss sicherstellen, dass die in der Bestellung fest-
gelegte Werkstoffsorte die Anforderungen dieser Norm erfüllt. Zu erfüllen
sind die Mindestwerte für die Zugfestigkeit bei Gusseisen mit Lamellengraphit und die Mindestwerte für die
Zugfestigkeit, der 0,2%-Dehngrenze
und der Bruchdehnung bei Gusseisen
mit Kugelgraphit. Es gibt aber auch die
Möglichkeit der Klassifizierung nach der
Brinellhärte für GJL und GJS. (Tabellen
3 und 4)
2.2 Mechanische Eigenschaften und Hinweise zum Mikrogefüge
Die Norm klassifiziert Stranguss-Quali­
täten für Stränge aus Gusseisen mit Lamellengraphit und aus Gusseisen mit
Kugelgraphit. Die mechanischen Eigen­
schaften von Gusseisen-Strangguss wer­
den an mechanisch bearbeiteten Proben bewertet, welche aus dem Strang
(Guss­stück) als Probestücke entnommen
werden. Die Europäische Norm 16482
legt vier Sorten von Gusseisen mit Lamellengraphit (Tabelle 1) und vierzehn
Sorten von Gusseisen mit Kugelgraphit
(Tabelle 2) fest, deren Klassifizierung auf
der Zugfestigkeit beruht. Hinzu kommen vier Sorten von Gusseisen mit Lamellengraphit, deren Klassifizierung auf
der Brinellhärte beruht (Tabelle 3).
Für GJL sind diese in gesonderten Werkstoffnummern aufgeführt. Der Bereich
der Zugfestigkeiten bei Gusseisen mit
Lamellengraphit liegt bei 80 N/mm2 bis
Werkstoffbezeichnung
Kurzzeichen
220 N/mm2, jeweils in Abhängigkeit
der Werkstoffsorte und vom Strangdurchmesser zwischen 20 und 400 mm.
Die Brinellhärten liegen bei 110 bis 290
jeweils in Abhängigkeit von der Werk-
GP-Produkte des Werkes Hain
Strangdurchmesser
Rm
mm
MPa
50
110
50 < D
100
100
100 < D
200
90
200 < D
400
80
50
155
50 < D
100
140
100 < D
200
125
200 < D
400
115
50
195
50 < D
100
180
100 < D
200
165
200 < D
400
155
50
220
50 < D 100
205
20 < D
EN-GJL-200C
5.1202
20 < D
EN-GJL-250C
5.1203
20 < D
EN-GJL-300C
5.1308
100 < D
200
195
200 < D
400
185
Tabelle 1: Mechanische Eigenschaften von Strangguss aus Gusseisen mit Lamellengraphit
2
Grundgefüge
(nur informativ)
min
Nummer
5.1102
Zugfestigkeit
D
20 < D
EN-GJL-150C
stoffsorte und vom Stranggussdurchmesser. Die Mikrogefüge sind bei den
vier Werkstoffgruppen ferritisch geglüht, ferritisch-perlitisch, perlitischferritisch oder überwiegend perlitisch.
Die Europäische Norm für Gusseisen-Strangguss EN 16482
ferritisch, geglüht
ferritisch-perlitisch
perlitisch-ferritisch
überwiegend
perlitisch
Werkstoffbezeichnung
Kurzzeichen
Nummer
EN-GJS-350-22C-LT
5.3120
EN-GJS-350-22C-RT
EN-GJS-350-22C
5.3122
EN-GJS-400-18C-LT
EN-GJS-400-18C-RT
EN-GJS-400-18C
EN-GJS-400-15C
EN-GJS-400-7C
a
EN-GJS-500-7C
a
b
a
EN-GJS-600-3C a
EN-GJS-700-2C
5.3124
5.3126
5.3202
EN-GJS-450-18C b
EN-GJS-500-14C
5.3123
5.3125
a
EN-GJS-450-10C
5.3121
a
5.3127
5.3128
5.3129
5.3203
5.3204
5.3303
Strangdurchmesser
D
mm
0,2 % Dehngrenze Zugfestigkeit
Rm
Rp0,2
MPa
MPa
min
min
Dehnung c
A
%
min
20 < D
60
220
350
22
60 < D
120
210
330
18
120 < D
400
200
320
15
20 < D
60
220
350
22
60 < D
120
220
330
18
120 < D
400
210
320
15
20 < D
60
220
350
22
60 < D
120
220
330
18
120 < D
400
210
320
15
20 < D
60
240
400
18
60 < D
120
230
380
15
120 < D
400
220
360
12
20 < D
60
250
400
18
60 < D
120
250
390
15
120 < D
400
240
370
12
20 < D
60
250
400
18
60 < D
120
250
390
15
120 < D
400
240
370
12
20 < D
60
250
400
15
60 < D
120
250
390
14
120 < D
400
240
370
11
20 < D
60
250
400
7
60 < D
120
250
390
7
120 < D
400
240
370
11
20 < D
60
350
450
18
60 < D
120
340
430
14
ist zwischen Hersteller
120 < D
400
20 < D
60
60 < D
120
ist zwischen Hersteller
120 < D
400
und Käufer zu vereinbaren
20 < D
60
400
500
14
60 < D
120
390
480
12
120 < D
400
360
470
10
20 < D
60
320
500
7
60 < D
120
300
450
7
120 < D
400
290
420
5
Grundgefüge
ferritisch
ferritisch
ferritisch
ferritisch
ferritisch
ferritisch
ferritisch
ferritisch
perlitisch
ferritisch
und Käufer zu vereinbaren
310
450
10
20 < D
60
370
600
3
60 < D
120
360
600
2
120 < D
400
340
550
1
20 < D
60
420
700
2
60 < D
120
400
700
2
120 < D
400
380
650
1
a
In Abhängigkeit vom Verfahren können diese Werkstoffe geringe Mengen an freien Carbiden enthalten.
b
Mischkristallverfestigtes, ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit.
c
Dehnung nach Bruch
überwiegend
ferritisch
ferritisch
ferritisch
perlitisch
perlitisch
ferritisch
überwiegend
perlitisch
Tabelle 2: Mechanische Eigenschaften von Strangguss aus Gusseisen mit Kugelgraphit
Die Europäische Norm für Gusseisen-Strangguss EN 16482
3
Eine Neuheit gibt es bei den Gusseisen-Sorten mit Kugelgraphit. Bei
Gontermann-Peipers, Siegen, wurde
eine Werkstoffsorte mit höheren Sili­
ciumgehalten entwickelt, die eine fer­ritische Matrix auch bei höheren Festig­
keiten besitzt /3/. Diese, durch Misch­
kristallverfestigung entstandene Werk­
stoffsorte EN-GJS-500-14C, ist auf
dem Markt unter dem Markennamen
GOPAG C 500-14 bekannt. Infolge der
gleichmäßigen, nur aus einer Phase bestehenden Matrix, liegt eine, im Vergleich zu bisherigen Werkstoffsorten mit
Werkstoffbezeichnung
Brinellhärte a
min
HBW
einer Zugfestigkeit von 500 N/mm2,
bedeutend verbesserte Zerspanbarkeit
vor. Diese führt, insbesondere beim Bohren von Hydraulikbauteilen, zu wesent­
lichen wirt­schaftlichen Vorteilen /4/.
Grundgefüge
max
(nur informativ)
Kurzzeichen
Nummer
EN-GJL-HB150
5.1103
110
180
ferritisch, geglüht
EN-GJL-HB175
5.1204
140
210
ferritisch-perlitisch
EN-GJL-HB200
5.1205
170
240
perlitisch-ferritisch
EN-GJL-HB250
5.1309
220
290
überwiegend perlitisch
a
Bei jeder Sorte nimmt die Brinellhärte mit zunehmender Wanddicke ab.
Tabelle 3: Brinellhärte von Strangguss aus Gusseisen mit Lamellengraphit
Die Werkstoffsorten von Gusseisen mit
Kugelgraphit umfassen einen Bereich der
Zugfestigkeiten von 320 bis 700 N/mm2,
der 0,2%-Dehngrenze von 200 bis
420 N/mm2 bei Bruchdehnungen von
22 bis 1 %. Die Mikro­ge­füge sind dabei
ferritisch, ferritisch-perlitisch, per­litischferritisch oder über­wiegend perlitisch.
Bei Gusseisen mit Kugel­graphit sind die
genannten me­chani­schen Eigenschaften auch vom Strangdurchmesser ab­
hängig. Je größer der Strangdurchmes-
Werkstoffbezeichnung
Kurzzeichen
Brinellhärtebereich
HBW
Nummer
ser im Bereich von 20 bis 400 mm wird,
um so geringer werden die Werte für
Zugfestigkeit, 0,2%-Dehngrenze und
Bruchdehnung.
Grundgefüge
(nur informativ)
EN-GJS-350-22C-LT
5.3120
kleiner als 170
ferritisch
EN-GJS-350-22C-RT
5.3121
kleiner als 170
ferritisch
EN-GJS-350-22C
5.3122
kleiner als 170
ferritisch
EN-GJS-400-18C-LT
5.3123
120 bis 180
ferritisch
EN-GJS-400-18C-RT
5.3124
120 bis 180
ferritisch
EN-GJS-400-18C
5.3125
120 bis 180
ferritisch
EN-GJS-400-15C a
5.3126
120 bis 180
ferritisch
EN-GJS-400-7C a
5.3202
140 bis 210
ferritisch
EN-GJS-450-18C b
5.3127
170 bis 200
ferritisch
EN-GJS-450-10C a
5.3128
160 bis 210
überwiegend ferritisch
EN-GJS-500-14C b
5.3129
180 bis 210
ferritisch
EN-GJS-500-7C a
5.3203
170 bis 240
ferritisch-perlitisch
EN-GJS-600-3C a
5.3204
200 bis 290
perlitisch-ferritisch
EN-GJS-700-2C a
5.3303
210 bis 305
überwiegend perlitisch
Anmerkung: Die geringste Härte wird mit einem ferritischen Grundgefüge und geringem Siliciumgehalt erreicht.
Die Härte steigt mit dem Gehalt an Perlit oder durch erhöhten Siliciumgehalt.
a
b
In Abhängigkeit vom Verfahren können diese Werkstoffe geringe Mengen an freien Carbiden enthalten.
Mischkristallverfestigtes ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit.
Tabelle 4: Richtwerte für die Brinellhärte
4
Die Europäische Norm für Gusseisen-Strangguss EN 16482
2.3 Mechanische Eigenschaften bei Raum- und
tieferen Temperaturanwendungen
Die Europäische Norm enthält auch vier
Werkstoffsorten mit garantierter Kerbschlagzähigkeit bei Raumtemperatur
(RT – Room Temperature) und tieferen
Temperaturen (LT – Low Temperature).
Obwohl die Werte für die Schlagenergie bei Gusseisen mit Kugelgraphit im
Vergleich zu Stahl niedrig sind, zeigt
die bruchmechanische Prüfung von
Gusseisen mit Kugelgraphit, dass diese
bruchmechanischen Eigenschaften zumindest gleichwertig oder sogar besser
als bei Stahl oder Stahlguss sind /5/.
Für den GJS 400-18LT ist beispielsweise der Mittelwert aus drei Proben mit
12 Joule und der niedrigste Einzelwert
von 9 Joule bei -20 °C zu erreichen.
Werte für die Schlagenergie müssen
nur bestimmt werden, wenn sie vom
Käufer zum Zeitpunkt der Annahme
der Bestellung festgelegt sind. Hersteller und Käufer müssen die Prüfbedingungen sowie die Mindestwerte oder
den zulässigen Bereich der Werte für
die mechanische Eigenschaft vereinbaren (zur Information siehe auch EN
1563 für GJS).
Hydraulikblöcke aus Strang- oder
Kokillenguss, vom Kunden bearbeitet
Werkstoffkurzzeichen
0,2 % Dehngrenzea
Zugfestigkeita
Dehnunga
Elastizitätsmodulb
Bruchzähigkeitac
Rp0,2
Rm
A
E
MPa
MPa
%
GN/m
KJ
RT
256
372
22,5
169
43,7
–20 °C
277
397
19,5
170
-
RT
300
424
26
171
50,3
–20 °C
330
453
23,5
172
-
RT
354
533
15,0
177
41,0
–20 °C
382
558
16
178
-
RT
391
504
19,5
173
46,5
–20 °C
421
535
20,5
175
-
RT
448
782
7,0
166
26,3 (KIC)
–20 °C
473
753
3,0
167
-
Prüftemperatur
2
MPa
m
EN-GJS-400-18C-LT
EN-GJS-400-18C
EN-GJS-500-7C
EN-GJS-500-14C
EN-GJS-600-3C
a
b
c
Mittelwert aus 3 Messungen nach Bruch
Mittelwert aus 5 Messungen
Geprüft nach ISO 12135 am Probestück SENB 10 x 20 x 100 (140) /6/
Tabelle 5 : Beispiele mechanischer Eigenschaften, die an Gusseisen-Strangguss mit einem Durchmesser von 160 mm gemessen wurde /6/
In der Tabelle 5 sind wichtige Werte für den Konstrukteur für die Entwicklung von Gussteilen aufgeführt. Eine vertiefende
Information ist unter der Quelle 6 oder auf der Homepage www.gontermann-peipers.de/downloads/artikel zu finden.
Die Europäische Norm für Gusseisen-Strangguss EN 16482
5
2.4 Probennahme
Die Probestücke müssen aus der gleichen
Strangguss-Charge stammen, wel­­che für
die Herstellung der Stangen verwendet
wurde. Sämtliche Probestücke müssen
so gekennzeichnet sein, dass die vollständige Rückverfolgbarkeit auf die
Stangen/Charge, die sie repräsentie-
ren, sichergestellt ist. Wenn eine Wärmebehandlung durchgeführt wird,
müssen die Probestücke in derselben
Weise wie die Stangen, die sie repräsentieren, wärmebehandelt werden.
Die Proben für den Zugversuch müssen nach der Wärmebehandlung aus
den Probestücken bearbeitet werden.
In der Europäischen Norm ist die Lage
von Probestücken für kreis­
f örmige,
quadratische, rechteckige und halbkreisförmige Stränge festgelegt (Bild C
1 bis 4).
Lage von Probestücken, die aus einer Stange entnommen wurden
B Breite
D Durchmesser
Bild C.1: Kreisförmige Stangen
H Höhe
Bild C.2: Quadratische Stangen
B Breite
H Höhe
Bild C.3: Rechteckige Stangen B > H
Bild C.4: Halbkreisförmige Stangen
2.5 Weitere informative Festlegungen
Diese Europäische Norm enthält ebenso Festlegungen zu den notwendigen
Bestell­angaben zur Gradheit von nicht
spanend bearbeiteten Stangen, Tabelle 6. Zudem beinhaltet sie Angaben zu
Länge
den Bearbeitungszugaben, zur Ovalität
und Wölbung der Stränge, Tabellen zu
den kennzeichnenden Eigenschaften,
zu Wiederholungsprüfungen, zur Wärmebehandlung von Probestücken und
Maximale Abweichung von einer geraden Linie in mm
l in mm
in gegossenem Zustand
im geglühten Zustand
1.000
2
3
2.000
4
6
3.000
6
9
Tabelle 6: Gradheit von Stangen aus Strangguss
6
Stangen, zu Prüfbescheinigungen, und
informative zusätzliche Angaben zu mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Gusseisen mit Kugelgraphit.
Die Europäische Norm für Gusseisen-Strangguss EN 16482
Die Gradheit ist nach EN ISO 1101 in
der Tolerierung der Form und Richtung enthalten. Die Toleranz f wird durch
zwei parallele Linien beschrieben, die
durch einen Abstand in der Messebene
voneinander getrennt sind.
f
l
2.6 Bearbeitungszugaben
Die Bearbeitungszugabe ist eine Werk­stoffschicht auf einem Gusser­zeugnis,
welche zur Beseitigung gießtechnisch bedingter Merkmale (einschließlich Ovali-
tät, Wölbung, Randschicht und un­zureichende Oberflächenrauigkeit) spanend
abgearbeitet wird. Tabelle 7 enthält die
Mindestbearbeitungszu­ga­ben als Funk-
Strangdurchmesser D
oder Strangbreite B a
mm
a
b
tion der Stranggussabmessung und der
Formen für Gussstücke.
Mindestbearbeitungszugabe b in mm
Gusseisen mit Lamellengraphit
Gusseisen mit Kugelgraphit
kreisförmig D
rechteckig B
kreisförmig D
rechteckig B
20 < D oder B
50
2,0
2,5
3,0
3,5
50 < D oder B
100
3,0
3,5
4,0
4,5
100 < D oder B
200
4,0
4,5
5,0
5,5
200 < D oder B
300
6,0
6,5
7,0
7,5
300 < D oder B
400
7,0
7,5
8,0
8,5
400 < D oder B
500
9,0
9,5
10,0
10,5
500 < D oder B
650
11,0
11,5
12,0
12,5
Bei rechteckigen Gusstücken ist die Breite das längste Maß des Querschnitts
Die Bearbeitungszugabe bezieht sich auf den Radius oder die halbe Breite des Stranges
Tabelle 7: Bearbeitungszugaben für Gusseisen-Strangguss
3. Fazit
Die Eigenschaften und Merkmale von
Gusseisen-Strangguss werden in der
neuen Norm für den Kunden und Hersteller verbindlich beschrieben. Somit
haben beide Parteien eine klare Grundlage bei der Konstruktion, Produktion
und Qualitätssicherung. Das die neue
Norm eine breite Zustimmung in 15 euro-
päischen Ländern erhalten hat, ist eine
deutliche Bestätigung der geleisteten
Arbeit. Die Verfasser bedanken sich
bei allen Beteiligten für die konstruktive Zusammenarbeit bei der Erstellung
der EN 16482. Die vollständige DIN EN
16824:2014 kann beim Beuth Verlag
in Berlin unter www.beuth.de erwor-
ben werden. Wiedergegeben mit Erlaubnis des DIN Deutsches Institut für
Normung e. V. Maßgebend für das Anwenden der DIN-Norm ist deren Fassung mit dem neuesten Ausgabedatum, die bei der Beuth Verlag GmbH,
Burggrafenstraße 6, 10787 Berlin, erhältlich ist.
Die Europäische Norm für Gusseisen-Strangguss EN 16482
7
GP Werk Hain
Gontermann-Peipers GmbH
Marienborner Straße 49
57074 Siegen
Telefon 0271 60-0
Fax 0271 60-300
[email protected]
www.gontermann-peipers.de
Literatur
[1] Herfurth, Klaus: Gusseisen-Strangguss für eine innovative Teilefertigung
konstruieren und giessen 30 (2005) Nr. 3, 2-17
[2] Herfurth, Klaus: Gussseisen-Strangguss. Qualitätsbewertung
konstruieren und giessen 33 (2008) Nr. 2, 11-20
[3] Herfurth, K., Gorski, R., Beute, K., Hering, M.: GOPAG C 500 F – Gusswerkstoff
für den Maschinenbau mit höherer Festigkeit und Bruchdehnung bei sehr homogener
Härteverteilung
Giesserei 98 (2011) H. 6, S. 68-79
[4]
Gorski, R., Dörfer, F.
Mehr Fertigteile pro Maschine und Schicht,
Giesserei 99 (2012) H. 9, S. 62-67
[5] Pusch, G.: Bruchmechanische Kennwerte von Gusseisenwerkstoffen
konstruieren und gießen 33 (2008) Nr. 4, S. 2-24
[6] Gorski, Ralf: Ermittlung von Bruchmechanik Kennwerten an Strangguss-Werkstoffen
aus Kugelgraphit, Giesserei (2014) Heft März
[7)
8
Tabelle 1-7 aus der EN 16482 von der Beuth Verlag GmbH, Fassung 2014
Die Europäische Norm für Gusseisen-Strangguss EN 16482